Новый биоактивный материал для ортопедии на основе природного минерала гидроксиапатита с добавлением оксида азота, созданный российскими учеными, уже прошел успешные испытания. Результаты масштабной работы опубликованы в журнале Applied Surface Science.
Ежегодно до 29% операций по протезированию крупных суставов заканчиваются повторным хирургическим вмешательством, во время которого уже установленный имплант приходится заменять новым. Это связано с тем, что традиционные импланты из титановых сплавов хоть и обладают отличной прочностью, не способны вступать во взаимодействие с живыми тканями. Из-за этого протез может плохо срастаться с костью или становиться субстратом для роста бактерий.
Чтобы решить эту проблему, на титановые импланты наносят покрытия из гидроксиапатита — кальций-фосфатного минерала, близкого по составу к костной ткани. Благодаря этому протез приживается в организме. Кроме того, чтобы наделить эти покрытия дополнительными, в том числе антибактериальными свойствами, в них добавляют оксид азота. Это природное соединение в определенных дозах стимулирует заживление тканей, улучшает кровоснабжение и подавляет рост бактерий.
Именно такое покрытие в рамках исследования создали специалисты из Томского политехнического университета (ТПУ). Для этого они использовали метод высокочастотного магнетронного распыления: в вакуумной камере распыляли мишень из гидроксиапатита в газовой среде, состоящей из смеси аргона и азота. Серия экспериментов позволила найти оптимальную пропорцию этих газов.
Затем исследователи из Балтийского федерального университета им. Канта (БФУ) совместно с коллегами из Сибирского государственного медицинского университета (СибГМУ) провели комплексную медико-биологическую проверку нового материала. Они детально изучили, как живые клетки взаимодействуют с модифицированной поверхностью импланта.
Эксперименты с мезенхимальными стволовыми клетками человека показали высокую биосовместимость материала: клетки на таких поверхностях выживали гораздо лучше, чем на чистом титане без покрытия.
Открытием стало то, что через семь дней после помещения клеток на материал покрытия с высоким содержанием азота слегка «успокаивают» клетки, снижая активность некоторых генов, отвечающих за быстрое превращение стволовых клеток в костные. При этом сам потенциал клеток к формированию кости полностью сохраняется.
В дальнейшем ученые планируют провести дополнительные исследования на стволовых клетках на более поздних сроках — от 10 до 28 дней, а также изучить растворимость полученных покрытий и то, с какой скоростью и в каких объемах молекулы оксида азота будут выделяться в окружающие ткани в условиях живого организма.
Ранее Наука Mail писала о том, что в России разработали инновационный метод лечения сложных ран.